新软件精准快速识别和定位蛋白质

2023-05-19 05:47:31科技日报

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科技日报记者张佳欣

冷冻电子断层成像（Cryo-ET）是一种提供细胞环境和封闭生物分子的详细三维（3D）图像的强大技术。由德国马克斯·普朗克分子生理学研究所研究团队开发的一种软件TomoTwin，可在拥挤的细胞中挑选蛋白质。基于深度度量学习的这款新开源工具，使科学家能以高精度和高通量定位几种蛋白质，而无需每次手动创建或重新训练网络。相关论文发表在最近的《自然·方法》杂志上。

图中大分子粒子根据其结构排列，使用户能够识别和定位细胞内的不同大分子。
图片来源：德国马克斯·普朗克分子生理学研究所

TomoTwin软件克服了许多现有工具的障碍：它学会在断层图像中挑选形状相似的分子，并将它们映射到几何空间。在学习过程中，它将相似的蛋白质放置在彼此附近的系统会得到奖励，否则会受到惩罚。

该软件为直接在细胞环境中自动识别和定位蛋白质铺平了道路，扩大了Cryo-ET的潜力。Cryo-ET有可能破译生物分子在细胞内的工作，并进一步揭示生命的基础和疾病的起源。

在TomoTwin软件生成的新图谱中，研究人员可分离并准确识别不同的蛋白质，并利用这一点来定位它们在细胞内的位置。此外，该软件的一个优势是，通过取消训练步骤，甚至可在本地计算机上运行。

目前，该软件可在细胞中定位大于15万道尔顿的球状蛋白质或蛋白质复合体。未来，研究团队的目标是定位膜蛋白、丝状蛋白和较小尺寸的蛋白。

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